назначение и устройство, обслуживание и ремонт
Двигатель – пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Именно он вырабатывает крутящий момент для дальнейшего движения машины. В основе конструкции ДВС лежит кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство его будет рассмотрено в нашей сегодняшней статье.
Конструкция
Итак, что это за элемент в двигателе?
Данный механизм воспринимает энергию давления газов и преобразует его в механическую работу. КШМ двигателя внутреннего сгорания объединяет в себе несколько составляющих, а именно:
- поршень;
- шатун;
- коленчатый вал со вкладышами;
- кольца и втулки.
В совокупности они образуют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипно-шатунного механизма делает свою работу. При этом элементы взаимосвязаны между собой. Каждая деталь имеет свое устройство и назначение. Кривошипно-шатунный механизм должен выдерживать повышенные ударные и температурные нагрузки.
Это обуславливает надежность силового агрегата в целом. Далее мы подробно расскажем о каждой из перечисленных выше составляющей.
Поршень
Данная деталь кривошипно-шатунного механизма воспринимает давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере. Поршень изготавливается из сплавов алюминия и осуществляет возвратно-поступательные движения в гильзе блока. Конструкция поршня объединяет в себя головку и юбку. Первая может иметь разную форму: вогнутую, плоскую или выпуклую.
На 16-клапанных двигателях ВАЗ зачастую используются поршни с выемками. Они служат для предотвращения столкновения головки поршня с клапанами в случае обрыва ремня ГРМ.
Кольца
Также в конструкции есть кольца:
- маслосъемное;
- компрессионные (две штуки).
Последние препятствуют утечкам газов в картер двигателя. А первые служат для удаления излишков масла, что остается на стенках цилиндра при осуществлении хода поршня. Чтобы поршень соединился с шатуном (о нем мы расскажем ниже), в его конструкции также предусмотрены бобышки.
Шатун
Работа кривошипно-шатунного механизма не обходится без этого элемента. Шатун передает толкательные усилия от поршня на коленвал. Данные детали машин и механизмов имеют шарнирное соединения. Обычно шатуны изготавливаются путем ковки или штамповки. Но на спортивных двигателях используются титановые литые элементы. Они более устойчивы к нагрузкам и не деформируются в случае большого толчка. Каково устройство и назначение кривошипно-шатунного механизма? Конструктивно шатун состоит из трех частей:
- верхней головки;
- стрежня;
- нижней головки.
Вверху данный элемент соединяется с поршнем при помощи пальца. Вращение детали осуществляется в тех самых бобышках. Такой тип пальца называется плавающим. Стержень у шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя часть является разборной. Это нужно для того, чтобы производить его демонтаж с коленчатого вала в случае неисправностей. Нижняя головка соединяется с шейкой коленчатого вала. Устройство последнего мы рассмотрим прямо сейчас.
Коленчатый вал
Данный элемент является основной составляющей в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Назначение его в следующем. Коленчатый вал воспринимает нагрузки от шатуна. Далее он преобразует их в крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Именно он является заключительной частью в конструкции двигателя. Может быть одно- и двухмассовым. На конце имеет зубчатый венец. Он нужен для зацепления с шестерней стартера в случае запуска двигателя. Что касается самого вала, он изготавливается из высокопрочных сортов стали и чугуна. Элемент состоит из шатунных и коренных шеек, что соединяются «щеками». Последние вращаются во вкладышах (подшипники скольжения) и могут быть разъемными. Внутри щек и шеек есть отверстия для подачи масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 Бар, в зависимости от нагруженности ДВС.
Во время работы двигателя может возникать дисбаланс вала. Чтобы его предотвратить, в конструкции предусмотрен гаситель крутильных колебаний.
Он являет собой два металлических кольца, что соединяются через упругую среду (моторное масло). На внешнем кольце гасителя имеется ременной шкив.
Типы ЦПГ
На данный момент существует несколько разновидностей цилиндропоршневой группы. Наиболее популярная – рядная конструкция. Она применяется на всех 4-цилиндровых двигателях. Также есть рядные «шестерки» и даже «восьмерки». Данная конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Рядные двигатели отличаются высокой сбалансированностью и малой вибрацией.
Существует также и V–образная конструкция, которая пошла от американцев. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.
Как видите, здесь цилиндры располагаются в двух плоскостях. Обычно они находятся под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции, можно существенно сэкономить место в подкапотном пространстве. Примером могут послужить 6-цилиндровые моторы от «Опель» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем размещается под капотом поперечно.
Если взять рядную «шестерку» от переднеприводного «Вольво», она будет заметно скрадывать место под капотом.
Но за компактность приходится платить меньшей виброустойчивостью. Еще одна схема размещения цилиндров – оппозитная. Практикуется на японских автомобилях «Субару». Оси цилиндров размещены тоже в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они находятся под углом 180 градусов. Основные плюсы – низкий центр тяжести и отличная балансировка. Но такие двигатели очень дорогие в производстве.
Ремонт и обслуживание кривошипно-шатунного механизма
Обслуживание любого КШП предполагает лишь регулярную замену масла в двигателе. В случае ремонта уделяется внимание следующим элементам:
- Кольцам поршней. При залегании они меняются на новые.
- Вкладышам коленчатого вала. При существенной выработке или проворачивании подшипника скольжения – замена на новый.
- Поршневым пальцам. Они тоже имеют выработку.
- Самим поршням.
При детонации возможен прогар головки, что влечет за собой снижение компрессии, троение, жор масла и прочие неполадки с двигателем.
Зачастую подобные неисправности возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании низкооктанового бензина. Также ремонт КШМ может понадобится при постоянных нагрузках и при высоком пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но есть случаи, когда вкладыши проворачивало уже на 120 тысячах километров, прогорали клапаны и поршни. Все это является следствием несвоевременного обслуживания силового агрегата.
Итак, мы выяснили, что являет собой кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.
|
Заглавная страница
КАТЕГОРИИ: Археология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. |
⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒ Назначение
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования поступательного движения поршня под действием энергии расширения продуктов сгорания топлива во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент, который затем через маховик передается агрегатам трансмиссии. Устройство:
Принцип работы
Если в цилиндр ввести заряд горючей смеси, необходимый для поддержания горения, а затем его зажечь электрической искрой, выделится большое количество тепла и давление в цилиндре повысится. Давление расширяющихся газов передастся во все стороны, в том числе и на поршень, заставляя его перемещаться. Так как поршень шарнирно соединен с верхней головкой шатуна при помощи пальца, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала, то при перемещении поршня вместе с шатуном вращается коленчатый вал и закрепленный на его конце маховик. Первый такт – впуск – поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), клапан впускного отверстия открыт, а выпускного – закрыт. В цилиндре создается разряжение, и горючая смесь заполняет его. Следовательно, такт впуска служит для наполнения цилиндра свежим зарядом горючей смеси. Второй такт – сжатие – поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т., оба отверстия закрыты клапанами. Третий такт – сгорание и расширение газов . В конце такта сжатия между электродами свечи возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь. Выделено при сгорании рабочей смеси тепло нагревает газы до температуры 2200-2500°C; под действием которого поршень перемещается вниз от в.м.т. к н.м.т. Оба отверстия закрыты клапанами. Движение поршня при этом также называют рабочим ходом. При рабочем ходе действующее на поршень давление газов через поршневой палец и шатун передается на кривошип, создавая на коленчатом валу крутящий момент. Рабочий ход поршня служит для преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу.Четвертый такт – выпуск – поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т. Впускное отверстие закрыто. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Назначение такта выпуска – очистить цилиндр от отработавших газов. При работе двигателя процессы, происходящие в цилиндре, беспрерывно повторяются в указанном порядке. Рабочим циклом двигателя называется совокупность процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Поршень, перемещаясь в цилиндре, достигает то верхнего, то нижнего крайних положений. Крайние положения, в которых поршень меняет направление движения, соответственно называются верхней и нижней мертвыми точками Расстояние, которое приходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней в цилиндре освобождается пространство, которое называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, над ним наименьшее пространство, называемое объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания, вместе взятые, составляют полный объем цилиндра. В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров выражается в литрах и называется литражом двигателя. Одним из важных показателей двигателя является его степень сжатия, определяемая отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. С повышением степени сжатия двигателя повышается его экономичность и мощность. Назначение, устройство и работа системы охлаждения. Способы охлаждения. Охлаждающие жидкости и требованиям к ним. Тепловой режим двигателя и контроль за температурой охлаждающей жидкости. Виды систем охлаждения двигателя Регулирование температуры автомобильного двигателя может осуществляться при помощи охлаждающей жидкости (антифриза, ОЖ) и посредством циркуляции воздуха. Исходя из этого различают три вида систем: Воздушная. Физически представляет собой обдув, благодаря которому происходит вытеснение горячего воздуха из подкапотного пространства в атмосферу. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным (с использованием вентилятора). В силу низкой эффективности как самостоятельная система практически не применяется. Жидкостная. Представляет собой систему трубчатых контуров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Жидкостное охлаждение может быть принудительным (перекачка насосом), термосифонным (за счет разности в плотности, нагретой и охлажденной жидкостей) Комбинированная (охлаждение головки блока цилиндров осуществляется принудительно, а остальные узлы термосифонным принципом). Такая система более эффективна в сравнении с воздушной, но при определенных режимах работы (длительный простой с включенным двигателем, повышенные температуры окружающей среды) может быть недостаточной для качественного охлаждения. Она состоит из следующих элементов: · Радиатор системы охлаждения. · Вентилятор радиатора. · Малый и большой охлаждающие контуры. · Рубашка системы охлаждения (система каналов в блоке цилиндров). Датчик температуры. · Термостат. · Расширительный бачок. · Насос (помпа). · Радиатор печки. · Масляный радиатор (опционально). · Радиатор системы рециркуляции отработавших газов (опционально). В момент запуска двигателя насос начинает перекачку жидкости по малому контуру. Когда двигатель нагревается до рабочей температуры, срабатывает термостат и открывает второй (большой) контур охлаждения. Проходя через узлы мотора, охлаждающая жидкость нагревается и расширяется. При увеличении температуры часть жидкости поступает в расширительный бачок. Это позволяет компенсировать излишний объем, независимо от того, какое давление установилось в системе. Проходя через участок радиатора системы охлаждения, антифриз вновь остывает и возвращается на новый цикл. Если этот режим снижения температуры оказывается недостаточным, срабатывает температурный датчик, передающий сигнал блоку управления двигателя и запускающий вентилятор воздушного охлаждения. Если и его оказывается недостаточно, на приборную панель (индикатор) поступает сигнал о перегреве двигателя. Масляный радиатор и радиатор рециркуляции отработавших газов может присутствовать не во всех системах охлаждения. Они необходимы для синхронного снижения температуры смазки и выхлопа, что делает эксплуатацию автомобиля более безопасной и экономичной. В автомобилях с турбонаддувом также может присутствовать еще один охлаждающий контур для снижения температуры воздуха наддува.
Охлаждающие жидкости – жидкие среды, выполняющая функцию передачи тепла в системах охлаждения двигателей и других агрегатах, механизмах и устройствах. Первые жидкости для охлаждения представляли собой обычную воду, взятую из открытых водоемов – прудов, озер, ручьев и даже придорожных луж. Вода характеризуется большой теплоемкостью, высокой текучестью, поэтому ее использование является достаточно эффективным. Однако вода обладает некоторыми свойствами, которые делают невозможным ее применение в современных машинах: · Высокая температура замерзания. Уже при 0 °C вода начинает превращаться в лед, который не может циркулировать по системе. Кроме того, расширяясь в закрытом объеме, она способна легко разорвать и вывести из строя любую систему · Низкая температура кипения. Этот параметр также не дает возможности использовать воду в современных системах, где температура носителя достигает +105-110 °C · Вода способствует образованию на стенках системы очагов коррозии · Неподготовленная вода из открытых водоемов является источником образования твердых отложений – накипи. При этом эффективность системы охлаждения или обогрева резко падает Предпусковой подогреватель. Назначение предпусковых подогревателей Считается, что каждый «холодный» запуск двигателя сокращает его ресурс на 300-500 километров. Да и в целом, сложно найти водителя, которому нравится находиться в холодном автомобиле в ожидании, когда двигатель достигнет нужной температуры. В идеале всем хочется сесть в машину с уже прогретым двигателем и теплым салоном и сразу поехать. Такую возможность дает установка предпускового подогревателя двигателя. На современном рынке автомобильных отопителей представлены разные модели — от иностранных до отечественных, от дешевых до дорогих. Виды предпусковых подогревателей Все разнообразие подобных систем можно разделить на две категории: · автономные; · зависимые (электрические). Автономные подогреватели В категорию автономных отопителей входят: · жидкостные; · воздушные; · тепловые аккумуляторы. Воздушный отопитель действует как дополнительная печка для обогрева салона. Жидкостные отопители помогают прогреть не только салон, но в первую очередь двигатель. Они устанавливаются в моторном отсеке автомобиля. Отопитель связывается с системой охлаждения двигателя. Для прогрева используется антифриз, который проходит через подогреватель. Вырабатываемое тепло через теплообменник нагревает антифриз. Жидкостный насос помогает циркулировать жидкости по системе. Теплый воздух подается в салон при помощи вентилятора, электромотор которого питается от электросети автомобиля. В подогревателях используется своя камера сгорания и блок управления, который контролирует подачу топлива, процесс горения и температуру. ⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒ Читайте также: Техника прыжка в длину с разбега Тактические действия в защите История Олимпийских игр История развития права интеллектуальной собственности |
|
Последнее изменение этой страницы: 2021-09-26; просмотров: 92; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 161.97.168.212 (0.004 с.) |
За каждый ход поршня коленчатый вал повернется на Ѕ оборота, или на 180°. Процесс, происходящий внутри цилиндра за один ход поршня, называется тактом.
Силовой агрегат испытывает большие нагрузки. Вязкое масло не поступает к парам трения и далеко от оптимальных рабочих характеристик. Кроме того, на прогрев двигателя до приемлемой температуры расходуется немало топлива.
Он не прогревает двигатель или прогревает, но незначительно. В таких устройствах имеется камера сгорания, куда поступает топливовоздушная смесь при помощи топливного насоса и забора воздуха извне. Уже нагретый воздух подается в салон автомобиля. Питается устройство от аккумулятора 12В/24В, в зависимости от габаритов автомобиля и требуемой мощности. Устанавливается, главным образом, в салоне автомобиля.
Патент США на кривошипно-ползунковый механизм с L-образным шатуном Патент (Патент № 9,194,468, выдан 24 ноября 2015 г.
)ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область данного изобретения относится к проблеме мертвых точек в ползунково-кривошипном механизме, когда он используется для преобразования поступательного движения во вращательное, и к способам их предотвращения.
ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Кривошипно-ползунковый механизм представляет собой древний и проверенный метод преобразования вращательного движения в поступательное, при котором кривошип может многократно и непрерывно вращаться, поскольку нет мертвых точек. Однако результирующее линейное движение является возвратно-поступательным, как в поршневом насосе с возвратно-поступательным движением.
Когда тот же механизм используется в обратном направлении для преобразования прямолинейного движения во вращательное, оно, тем не менее, прерывается мертвыми точками, которые ограничивают вращение до 180 градусов.
ИНЖИР. 1 показаны названия основных частей ползунково-кривошипного механизма, приведенные в Британской энциклопедии. ИНЖИР. 2 и фиг. 3 показан кривошипно-ползунковый механизм с обычным прямым шатуном с мертвыми точками на 3 и 9 часов.
Исторически проблема мертвых точек адекватно решалась в промышленных приложениях, включая, например, использование вспомогательных или вторичных стержней в паровозах, или использование импульса, создаваемого эффектом маховика, или использование нескольких ползунково-кривошипные механизмы, в которых каждый стержень работает на разной фазе вращения. Однако использование этих методов неизбежно делает устройство в целом больше и сложнее и, следовательно, не подходит для использования в миниатюре.
Для миниатюрного использования кривошипно-ползунковый механизм должен иметь более простой метод обхода мертвых точек, который в настоящее время отсутствует. Любой ползунково-кривошипный механизм для преобразования линейного движения во вращательное без мертвых точек найдет применение в ручных инструментах, гаджетах или роботах или в любой ситуации, когда размер и пространство ограничены.
В этом случае единственным ограничивающим фактором будет диаметр вращающегося элемента, а не длина ползуна или толкателя.
ОБЗОР
Изобретение представляет собой устройство и способ обхода мертвых точек в рядном ползунково-кривошипном механизме, используемом для преобразования поступательного движения во вращательное с использованием L-образного шатуна с двумя отклоняющимися стойками, с короткой стороной- плечо L-образного шатуна, перемещающегося между двумя стойками, при этом передняя кромка короткого бокового плеча вынуждена встречаться с приближающейся стойкой за доли миллиметра непосредственно перед тем, как он достигает максимального расстояния перемещения, что приводит к шатуна на другом конце шатуна, отклоняющегося от положения мертвой точки без использования какого-либо другого вторичного механизма, и с отклонением, происходящим непосредственно перед прекращением прямолинейного движения и происходящим без остановки, как неотъемлемая часть линейного движения.
Когда L-образный шатун с двумя стойками соединен с использованием пружины сжатия, линейное движение, вызванное толчком на стержне, приведет к плавному и полному вращению вращающегося элемента. Это краткое изложение не предназначено для определения ключевых изобретательских концепций заявленного предмета изобретения, а также не предназначено для определения объема предмета изобретения.
Имеется 7 чертежных листов и 13 рисунков. Фигуры являются примерами конструкций и не предназначены для ограничения объема изобретения.
РИС. 1 представляет собой схему ползунково-кривошипного механизма, показывающую различные части, как показано в Британской энциклопедии. Оно предоставлено исключительно в целях пояснения.
Цифровые обозначения относятся к техническим названиям различных частей:
- 1 обозначает коленчатый вал, 2 — кривошип, 3 — шатун, 4 — прямой шатун, 5 — поршневой палец, 6 — ползунок, 7 — поршень.
шток или плунжер, 8 — скользящая платформа, а 9 — круг вращения шатунной шейки 3 .
РИС. 2 представляет собой схему, показывающую настоящее устройство с прямым шатуном в горизонтальном положении с верхней мертвой точкой в положении 9.час.
РИС. 3 представляет собой схему, показывающую настоящее устройство с прямым шатуном, с положением нижней мертвой точки на 3 часа. Обратите внимание, что если бы весь аппарат был помещен в вертикальное положение, мертвые точки были бы на 12 и 6 часов.
РИС. 4 представляет собой схему, показывающую настоящее устройство с L-образным шатуном, при этом короткое боковое плечо шатуна едва касается стойки с левой стороны непосредственно перед отклонением.
РИС. 5 представляет собой схему, показывающую настоящее устройство с L-образным шатуном, при этом короткое боковое плечо шатуна едва касается стойки с правой стороны непосредственно перед отклонением.
РИС. 6 представляет собой диаграмму, показывающую отклонение шатунной шейки от 9 часов до 10 часов после того, как на поршень приложено максимальное усилие, в данном случае автоматически под действием пружины сжатия.
РИС. 7 представляет собой диаграмму, показывающую отклонение шатунной шейки от 3 часов до 4 часов после того, как на поршень оказывается внешнее максимальное усилие большим или указательным пальцем.
РИС. 8 представляет собой вид в перспективе скользящей платформы, показывающий скользящую направляющую, положения двух отклоняющих стоек и углубление для размещения вращающегося диска.
РИС. 9 представляет собой вид сверху подвижной платформы, показывающий положение двух стоек.
РИС. 10 представляет собой вид сбоку подвижной платформы, показывающий положение 2 стоек.
РИС. 11 представляет собой вид на конец платформы, где плунжер входит в туннель, показывающий скользящую дорожку непосредственно над туннелем и сообщающуюся с ним, а также показывающий вид на ближайшую опору.
РИС. 12 представляет собой трехмерный вид в перспективе всего устройства в сборе.
РИС. 13 представляет собой перспективное трехмерное изображение устройства в разобранном виде с числовыми аннотациями для частей и элементов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы избежать мертвых точек в ползунково-кривошипном механизме, когда он используется для преобразования линейного движения во вращательное.
Согласно чертежам, основным корпусом настоящего устройства является выдвижная платформа 8 , показанная на ФИГ. 1. Различные виды выдвижной платформы показаны на фиг. 8, 9 , 10 и 11 , и физически он размером с мизинец. Тонкий срез ее верхней поверхности 101 , утоплен, так что после установки вращающегося диска 2 верхняя поверхность диска 2 будет на одном уровне с верхней поверхностью платформы 121 .
Внешняя форма основного корпуса, несущего платформу, прямоугольная, но она предназначена для демонстрации и может иметь любую другую форму, например полуцилиндрическую.
Вращающийся диск 2 имеет центральное отверстие 109 для установки винта с буртиком 1 , вставляется в резьбовое отверстие 104 на углубленной части платформы. Головка винта с буртиком 1 будет утоплена в раззенковке 112 на диске 2 . Вращающийся диск 2 также имеет периферийное отверстие 108 для установки меньшего винта с буртиком 3 для установки отверстия 107 на прямом конце L-образного соединительного стержня 4 , далее именуемого как L-стержень. Вращающийся диск, как показано, предназначен для демонстрации и может быть заменен прямозубым зубчатым колесом или любым круглым объектом.
L-образный стержень тонкий, плоский и узкий, с отверстием на каждом конце, 106 и 107 . Его плоская нижняя поверхность скользит по верхней поверхности 111 платформы 8 . Скользящий конец L-образной тяги имеет короткий боковой рычаг 105 , который расположен между отклоняющими стойками 10 и 11 . Боковая часть L-образного стержня, как показано, имеет прямые края, но эти края могут быть любой формы.
Маленький винт с буртиком 5 проходит через отверстие 106 на L-образном стержне 4 , соединяется с резьбовым отверстием 110 на конце плунжера 6 . Винт 5 действует как штифт на РИС. 1, и скользит по дорожке 103 . Поршень 7 действует как толкатель для L-образного стержня 4 и скользит в туннель 102 и из него.
Пружина сжатия 12 устанавливается на вал плунжера 7 и удерживается на месте кнопкой 9 , которая установлена на внешнем конце плунжера 7 . Толкающее действие осуществляется снаружи большим или указательным пальцем, а возвратное или тянущее действие обеспечивается пружиной сжатия.
Применяя концепции на РИС. 1 по фиг. 13, винт с буртиком 1 действует как коленчатый вал; корпус вращающегося диска 2 выполняет роль кривошипа; маленький винт с буртиком 3 выполняет роль шатунной шейки; прямая часть Г-образного стержня 4 действует шатун; винт с буртиком 5 действует как штифт; внутренний наконечник плунжера 6 выполняет роль ползуна; корпус плунжера 7 выполняет роль толкателя; корпус основной части действует как скользящая платформа 8 .
Описываемое здесь устройство имеет две отличительные особенности. Во-первых, шатун вместо того, чтобы быть обычно прямым, имеет L-образную форму, как показано на фиг. 4 и фиг. 5. Короткая боковая рука 105 добавляется к скользящему концу шатуна. Во-вторых, две отклоняющие стойки 10 и 11 стратегически расположены на пути движения бокового рычага, по одному на каждом конце, непосредственно перед тем, как каждая передняя кромка бокового рычага достигает конца своего хода.
В этой конфигурации, как на РИС. 4 и 5 боковой рычаг перемещается между двумя стойками. Ширина боковины, размер и расположение стоек взаимосвязаны, имеют решающее значение и должны быть точно определены. В любом направлении движения передняя кромка бокового рычага 105 устроен так, чтобы вступать в контакт с соответствующей стойкой на долю миллиметра, чуть меньше ее полного хода, заставляя конец шатуна мгновенно отклоняться от положения мертвой точки, как показано на РИС.
6 и фиг. 7.
Определение точного размера и точного расположения столбов требует терпения и усилий. Не существует простой формулы из-за множества действующих факторов. Самый простой практический метод — сначала собрать все части, кроме опор, и оставить их напоследок. Затем, установив конец L-образной тяги с шатунной шейкой в положение верхней мертвой точки, отметьте положение передней кромки бокового рычага 9.0003 105 на платформе 1 . Повторите то же самое для положения нижней мертвой точки, но обратите внимание, что противоположный край бокового рычага теперь становится передним краем. Затем, используя маркировку в качестве ориентира и зная наружный диаметр стоек, которые будут использоваться, определите центральные положения вставки стоек на платформу, как описано выше, чтобы результирующее вмешательство любой стойки было минимальным и достаточно, чтобы вызвать отклонение, но не слишком сильное вмешательство, чтобы предотвратить полный диапазон движения толкания или вытягивания.
Стойки, разумеется, должны иметь круглую внешнюю поверхность и не должны устанавливаться вне досягаемости бокового рычага 9.0005
Ниже объясняется, как работает это устройство. В целях иллюстрации предположим, что кривошипно-ползунковое устройство находится в горизонтальном положении, как показано на рисунках, и обращено к считывателю с ползунком с левой стороны считывателя, а вращающийся диск с правой стороны считывателя, как на фиг. . 4 и 5. Верхняя мертвая точка будет на 9 часах на диске, а нижняя мертвая точка будет на 3 часах. В настоящем устройстве с L-образным стержнем в конце хода толкания шатунная шейка вынуждена остановиться в положении «4 часа» вместо обычного положения «3 часа», как на фиг. 7. В конце вытягивания или обратного хода шатунная шейка будет вынуждена остановиться на 10 часов вместо обычных 9 часов.положение часов, как на фиг. 6.
Непосредственно перед самым концом любого направления движения, при толчке или натяжении боковой рычаг вынужден столкнуться со стойкой.
В этот момент дальнейшее продолжение тяги или толчка до максимума приведет к вращению бокового рычага вокруг стойки, что приведет к отклонению конца шатуна от положения мертвых точек на 9 часов и на 3 часа. час. Следовательно, в конце хода толкания шатунная шейка будет находиться в положении «4 часа», как на фиг. 7, а в конце хода вытягивания шатунная шейка будет находиться в положении 10 часов, как на фиг. 6. В любом положении он автоматически готов к следующему ходу или следующему обратному ходу.
В этом устройстве нажатие выполняется вручную большим пальцем или пальцем на кнопке 6 , а вытягивание или возврат осуществляется с помощью пружины сжатия 5 , но это можно изменить.
Отклонение всегда в одном направлении. В данном случае это по часовой стрелке, а вращение всегда по часовой стрелке в одном и том же направлении. Изменение направления отклонения или вращения невозможно в настоящей конструкции, но это возможно, если положение бокового рычага и стоек изменено на противоположную сторону шатуна.
Однако возможно иметь боковые рычаги и стойки с обеих сторон шатуна, но с одной стороной, работающей за раз, чтобы иметь возможность изменять направление вращения диска по желанию.
Простота L-образного соединительного стержня позволяет сделать любое устройство, использующее его, небольшим и одноразовым, или разместить его внутри трубки, сделав внешнюю форму указанной платформы полуцилиндрической, или разместить на кончике удлиненной канюли , или включены в более крупный корпус любого описания для любой цели, такой как робот или инструмент с ручным управлением, избегая использования сложных методов или использования электричества, кабелей или батарей для преобразования линейного движения во вращательное движение.
Кривошипные механизмы
7.2 Кривошипные ползунковые механизмы
Другим механизмом, который очень широко используется в конструкции машин, является кривошипно-ползунковый механизм. Он в основном используется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот.
Ниже показан кривошипно-ползунковый механизм и приведены параметры, которые используются для определения углов и длин звеньев. Как и в четырехзвенниковом механизме, выдвинутая и сложенная мертвые точки находятся в том случае, когда кривошип и муфта коллинеарны (соединительное звено обычно называют 9).0003 шатун в кривошипно-кривошипных механизмах). Полный поворот кривошипа возможен, если эксцентриситет с меньше разницы между длинами шатуна и кривошипа, а длина кривошипа меньше длины шатуна (например, c3-a 2 ) и a 3 >а 2 ).
Использование прямоугольных треугольников, образованных в мертвых точках:
Отметив s =se-sf = ход = расстояние, которое ползунок проходит между мертвыми точками. Если мы допустим l= a2/a3 и e = c/a3, ход будет равен:
Если эксцентриситет с (или а1) равен нулю ( с = 0), кривошипно-шатунный механизм называется рядным кривошипно-ползунковым механизмом , а ход в два раза превышает длину кривошипа (s = 2а 2 ).
Если эксцентриситет не равен нулю (c ¹0), его обычно называют кривошипно-кривошипным механизмом со смещением .
Угол передачи можно определить из уравнения:
а 3 cos=a 2 sin 12 -c | (1) |
Максимальное отклонение угла передачи возникает, когда производная m по q 12 равно нулю. Следовательно, дифференцируя уравнение (1) по q 12 :
| (2) |
Максимальное или минимальное отклонение возникает, когда q 12 равно 90 0 или 270 0 (рис. 7.19), а значение максимального или минимального угла передачи определяется как:
| (3) |
Если c положительно, как показано ниже, угол передачи является критическим, когда q 12 =270 0 .
Если c отрицательно, то самый критический угол передачи находится на уровне
q 12 =90 0 .
Если эксцентриситет c равен нулю, максимальное значение угла передачи:
| (4) |
В поршневых насосах отношение кривошипа к шатуну поддерживается менее 1/4, что соответствует 14,48 0 максимальному отклонению угла передачи от 90 0 . Поскольку длина кривошипа фиксирована требуемым ходом (a 2 = s/2), необходимо увеличить длину шатуна для лучших углов передачи. Однако это увеличит размер механизма.
Подобно задаче об угле передачи в четырехзвенных механизмах, задача об угле передачи в кривошипно-ползунковых механизмах может быть сформулирована следующим образом:
«Определить пропорции ползун-кривошип с заданным ходом, s, и соответствующим поворотом кривошипа между мертвыми точками, f, таким образом, чтобы максимальное отклонение угла передачи от 90 0 было минимальным.
»
Задачу снова можно рассмотреть в двух частях. Первая часть — это определение ползунковых кривошипных механизмов с заданным ходом и соответствующим поворотом кривошипа. Вторая часть заключается в определении одного конкретного кривошипно-ползунного механизма с оптимальным изменением угла передачи.
Для первой части задачи обратите внимание, что ход s является функцией отношения длин звеньев, т. е. если мы удвоим длину звеньев, то и ход удвоится. Поэтому без ограничения общности пусть s=1 (найденные таким образом длины звеньев будут умножены на штрих, чтобы получить фактические значения).
На рисунке, где кривошипно-шатунный механизм изображен в мертвых точках, уравнения векторного контура в мертвых точках:
(5)
(6)
или комплексные номера:
(7)
(8)
Вычитание уравнения (8) из уравнения (7) и учитывая s e -s f = s = 1 :
(9)
Если положить Z = и l = a 2 /a 3 , уравнение (8) можно переписать в виде:
(10)
Для полного оборота кривошипа необходимым (но недостаточным) условием является l
(11)
Если l взять в качестве свободного параметра, то по мере его изменения вершина Z, определяемая (7), образует окружность, которая является геометрическим местом всех возможных движущихся точек поворота кривошипа, когда кривошип и муфта находятся в выдвинутом положении ( k круг ).
Геометрическое место всех возможных фиксированных точек поворота — это еще одна окружность (k 0 окружность), которая задается Z(1+l) (начало обоих векторов — B e с реальной осью, параллельной оси ползунка) . . Любая линия, проведенная от B e , пересекает эти окружности в точках A e и A 0 соответственно, в результате чего кулисно-кривошипный механизм находится в положении выдвинутой мертвой точки. Ниже эти кружки показаны для f=160 0 .Эксцентриситет c может быть получен как мнимая компонента вектора B e A 0 = B e A e +A e A 0 , что можно записать как:
(12)
или с помощью Z и l:
(13)
и подставив значение Z:
(14)
Длины ссылок теперь могут быть выражены как:
(15)
(16)
Уравнения (14-16) дают бесконечное множество решений для кривошипно-ползунковых механизмов, удовлетворяющих заданному вращению кривошипа (ход = 1 единица).
Можно также использовать эксцентриситет, длину кривошипа или соединительного звена в качестве свободного параметра для определения длины других звеньев.
Для геометрического решения:
Пример 4.6 :
Определите длины звеньев кривошипно-шатунного механизма с ходом s=120 мм, соответствующим поворотом кривошипа f=160 0 и отношением кривошипа к звену муфты l=0,5.
Используя единичный ход, из уравнений (14), (15) и (16) длины звеньев составляют:
a 2 = 0,47881, a 3 = 0,95762 и c = 0,23523. Для s = 120:
a 2 = 114,91 мм, a 3 = 57,46 мм и c = 28,23 мм.
Минимальный угол передачи для этого механизма составляет м мин = 41,79 0 .
Пример 4.7:
Определить длины звеньев кривошипно-ползункового механизма с тем же ходом и соответствующим вращением кривошипа, что и в примере 1, но вместо указанного отношения кривошипа к звену муфты эксцентриситет задан как c = 20 мм.
Для единичного хода c = 20/120 = 0,16667. Решение уравнения (10) для l дает:
(17)
Для c = 0,16667, l 2 = 0,325635. Подставляя в уравнения (15) и (16), а 2 = 0,48508 и 3 = 0,85006. Для s = 120 мм, c = 20 мм, a 2 = 58,21 мм и a 3 = 102,01 мм. Минимальный угол передачи для этого механизма м мин = 39,94 0 . Обратите внимание, что аналогичную процедуру можно выполнить, если указана длина кривошипа или соединительного звена.
Минимальный угол передачи при q = p/2:
(18)
Для полного вращения кривошипа c+ a 2 3 или c 3-a 2 . В предельном положении (c = a 3 — a 2 ) m min = 0. Используя уравнения (14), (15) и (16), это условие дает пределы f для вращаемости кривошипа как:
и
Выражая m min через l и f (подставьте уравнения 14, 15 и 16 в уравнение 18 и упростите)
(20)
, поскольку l является свободным расчетным параметром, необходимое условие для минимального угла передачи быть максимум
Если значение l , что делает производную равной нулю, равно l = l opt , дифференцируя уравнение (20) и настройку
выходит.
(21)
Где Q = l 2 opt t 2 и t = tan(f/2). Корни уравнения (21):
(22)
Поскольку Q должно быть положительным, Q >2 не является решением. В соответствии с Q 3 , l=1/t 2 , отклонение минимального угла передачи 90 0 максимально (cosm min =1). Корень Q 1 дает значение l opt в диапазоне (1/t 2 , l), удовлетворяющее необходимому и достаточному условию кривошипно-кривошипного механизма с оптимальными передаточными характеристиками. Следовательно:
(23)
единственное оптимальное решение.
Пример 4.8:
Для хода ползуна s =120 мм и соответствующего поворота кривошипа f=160 0 определите кривошипно-шатунный механизм с оптимальными характеристиками передачи усилия.